Sensoriamento Remoto Aplicado à Agricultura · Interpretação de alvos agrícolas em imagens e...

Sensoriamento Remoto Aplicado

à Agricultura

Victor Hugo Rohden PrudenteEngenheiro Agrícola (Unioeste/PR)

Doutorando em Sensoriamento Remoto (DSR)

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

XX Curso do Uso Escolar de Sensoriamento Remoto no Estudo do Meio Ambiente

São José dos Campos, 18 de julho de 2018

Importância da Agricultura

Fonte das fotos: internet

ALIMENTOS

ENERGIAFIBRAS

Agricultura no Brasil:

Existe a necessidade de se poder contar com meios eficientes para monitorarvários aspectos da Agricultura, e isso deve ser feito de forma racional eotimizada, visando atender preocupações de várias ordens, principalmente emtermos de estratégias de:

Fonte da figura: internet

- Vasta extensão territorial

- Clima favorável

- Bom desenvolvimento tecnológico

- Diversidade de produtos

- Suprimento interno- Exportações- Sustentabilidade ambiental

Sensoriamento Remoto

- Visão sinóptica da superfície

- Repetitividade de recobrimento (monitoramento sistemático)

- Custo relativamente baixo (imagens gratuitas, SIGs gratuito)


0,80

0,60

0,40

0,20

Ref

lect

ânci

a

Comprimento de onda (nm)400 800 1200 1600 2000

0,00

2400

Vegetação verde

Palhada

Solo

Água

Visível NIR SWIR

azu

l

verm

elh

o

verd

e

Pigmentosfoliares

Estrutura celular

Conteúdo de água da folha

Comportamento espectral de alvos agrícolas

Interpretação de alvos agrícolas em imagens de satélite

Visível NIR SWIR

B2

B3

B4

B5

B6

B7

Visívelvermelho

B4B3

B2

Composição colorida de imagens de satélite

Visívelverde

Visívelazul



Composição cor verdadeira: RGB 432

Banda

B2

B4

B3

Filtro

R

G

B

Vis

ível

az

ul

Vis

ível

ve

rde

Vis

ível

ve

rmel

ho


Visível NIR SWIR

B2

B3

B4

B5

B6

B7

NIR

SWIR

Visívelvermelho

B4

B5

B6




Composição falsa cor: RGB 654

Banda

B4

B6

B5

Filtro

R

G

B

NIR

SWIR

Vis

ível

ve

rmel

ho



Composição falsa cor: RGB 564

Banda

B4

B5

B6

Filtro

R

G

B

NIR

Vis

ível

ve

rmel

ho

SWIR


Como interpretar uma imagem falsa cor?


Composição falsa cor: RGB 564 (NIR-SWIR-Red)

Alvo apresenta cor vermelha na composição colorida

adotada

Isso quer dizer que o alvo reflete mais no NIR (banda 5/OLI que foi atribuída ao filtro do vermelho)


OLI/RGB 564 (NIR-SWIR1-Red)

(A) (B) (C)

(A)

(B)

(C)

OLI/RGB 432 (Red-Green-Blue)

(A) (B) (C)(A)

(B)

(C)

Informação só da faixa espectral do visível

Informação das faixas espectrais do visível, NIR e SWIR


Elementos básicos

Cana-de-açúcar

Citros


Pivô central de irrigação

Eucalipto

Imagem na composição colorida RGB 564 (NIR-SWIR-R)

28/07/2014

20/08/2014

19/08/201403/08/2014 10/08/2014

26/08/2014 04/09/2014 11/09/2014

24/09/2014 06/10/2014 13/10/2014 22/10/2014

Monitoramento de culturas agrícolas: data de colheita

Cana-de-açúcar

Interpretação de alvos agrícolas em imagens e extração de informações


19/08/201420/08/2014 20/08/2014

19/08/201420/08/2014 20/08/2014

Acompanhamento do desenvolvimento de culturas e identificação de práticas culturais como colheita mecânica e queima da palhada da cana-de-açúcar



16/12/2014

27/01/201511/02/2015 27/01/201511/02/2015

Soja Mandioca

16/12/2014 25/12/2014 25/12/2014

23/04/2015 02/05/2015

Análise temporal de imagens de satélite para diferenciação de culturas agrícolas

23/04/2015 02/05/2015



Variações de cor da imagem podem representar diferenças de fases fenológicas de plantas de uma mesma espécie

Trigo


20/08/2014 26/08/2014



09/04/2015

11/02/2015 16/04/2015

26/06/2015

22/10/2014

16/12/2014

03/08/2014 10/08/2014 19/08/2014 26/08/2014 04/09/2014

11/09/2014 06/10/2014 13/10/2014 29/10/2014

25/12/2014 01/01/2015 10/01/2015 17/01/2015

23/04/2015 02/05/2015 09/05/2015

25/05/2015 03/06/2015 10/06/2015

Acompanhamento do desenvolvimento de culturas e identificação de práticas culturais como a rotação de culturas

28/07/2014

22/10/201416/12/2014

27/01/2015

25/06/2015

Milho e Soja 20/08/2014

19/05/2015



Variações de cor da imagem podem representar diferenças de idade de plantas de uma mesma espécie

Eucalipto


11/09/2014

24/09/2014


20/08/2014 26/08/2014 04/09/2014 11/09/2014

24/09/2014 06/10/2014 13/10/2014 22/10/2014

22/10/2014 29/10/201422/10/2014

Identificação de queimada de matas em propriedades agrícolas



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

350 500 650 800 950 1100 1250 1400 1550 1700 1850 2000 2150 2300 2450

Fato

r d

e R

efle

ctân

cia

Comprimentos de onda (nm)

Soja

DAS43

DAS76

Visível NIR SWIR

azu

l

verm

elh

o

verd

e

Pigmentosfoliares

Estrutura celular

Conteúdo de água da folha

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)

Índices de Vegetação

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

DAS34 DAS45 DAS71 DAS76 DAS110

ND

VI

Coletas

NDVI - Soja

𝑁𝐷𝑉𝐼 =𝑁𝐼𝑅 − 𝑅𝐸𝐷

𝑁𝐼𝑅 + 𝑅𝐸𝐷

Dados coletados em campo

- Mapeamento das áreas agrícolas

- Monitoramento de culturas agrícolas

- Estimativa de área de culturas

- Estimativa de produtividade

- Mapeamento de áreas de irrigação (pivô)

- Fiscalização de crédito agrícola

- Detecção de estresse em plantas

- Previsão de safras

- Agricultura de precisão

Algumas aplicações potenciais do SR relacionas a atividade agrícola:

Aplicações: INPE e parceiros

- Monitoramento anual do cultivo da cana-de-açúcar (na região centro-sul) nas classes: soca,expansão, em reforma e reformada (safra2003/04 a 2013/14)

- Monitoramento anual do tipo de colheita, comou sem queima da palha da cana-de-açúcar, noEstado de São Paulo (safra 2006/07 a2012/2013).

Fonte: http://www.dsr.inpe.br/laf/canasat/index.html

O projeto CAFESAT visaespacializar as lavouras decafé e fazer o monitoramentodas mesmas nas principaisregiões produtoras do Brasil.

Fonte: http://www.dsr.inpe.br/laf/cafesat/index.html

- No momento, o mapeamento está disponívelpara os estados de Minas Gerais e São Paulo.

- O mapeamento é baseado na interpretaçãovisual de imagens Landsat/TM, restaurada compixel de saída 10m, usando a edição matricialdisponível no software SPRING. Para auxiliar ainterpretação utilizam-se dados do Google Earth.

Mapeamento e monitoramento de culturas agrícolas

Aplicações: INPE e parceiros

Estimativa de área cultivada e de produtividade

Fonte: http://www.conab.gov.br/conabweb/geotecnologia/html_geosafras/geosafras.html

GeoSafras

Desenvolvimento de metodologias para a estimativa de área e deprodutividade de culturas agrícolas utilizando dados de sensoriamentoremoto, sistema de posicionamento global (GPS), sistemas de informaçãogeográfica (SIG) e modelos estatísticos.

Consórcio de aproximadamente quinze instituiçõespúblicas de ensino e pesquisa e muitas outrasentidades de apoio e extensão rural que, emconjunto e sob a coordenação da Conab, realizaramgrande parte das tarefas operacionais do Projeto. AConab alocou nessas instituições recursos humanoscusteados principalmente por meio das bolsasdisponibilizadas pelo CNPq e de recursosrepassados pelo Ministério da Agricultura, Pecuáriae Abastecimento destinados ao Projeto.

Missão: Contribuir para a regularidade do abastecimento e garantia de renda ao

produtor rural, participando da formulação e execução das políticas agrícola e de

abastecimento.

Objetivos:- Estimar o volume da produção agrícola no menor tempo possível e com alto nível deconfiabilidade;- Fornecer informações de gestão estratégica para subsidiar a elaboração de políticasgovernamentais (oferta e demanda).

Fonte: Társis Piffer (Geote/CONAB)

Geote (Gerência de Geotecnologia):-> Monitoramento Agrícola via Satélite: produção brasileira de grãos, cana-de-açúcar ecafé estimadas pelas geotecnologias (SR + GPS + SIG)

Aplicações: CONAB

Fonte: CONAB. Elaboração: Gerência de Geotecnologia.

Mapeamentos realizados até 2014/15

Aplicações: CONAB

A Conab realiza quinzenalmente o monitoramento agrícola via satélite, a partir de parâmetrosagrometeorológicos e espectrais, em apoio às estimativas de safras.

O propósito é avaliar o estado atual de desenvolvimento das lavouras em decorrência das condiçõesclimáticas recentes, a fim de auxiliar na estimativa da produtividade agrícola nas principais regiõesprodutoras.

Monitoramento Agrícola

Aplicações: CONAB

Fonte: Társis Piffer (Geote/CONAB)

Monitoramento da soja para os estados do Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e do Paraná.Parceria entre a Universidade do Estado do Mato Grosso - UNEMAT (GAAF -Geotecnologia Aplicada em Agricultura e Floresta) e a Universidade Estadual do Oeste doParaná - UNIOESTE (GEOSCIENCE - Núcleo de Geotecnologias e Ciência de Dados)

Aplicações

Fonte: http://pesquisa.unemat.br/gaaf/

Aplicações

Fonte: https://www.satveg.cnptia.embrapa.br/

SATVeg - Sistema de Análise Temporal da Vegetação - é uma ferramenta Webdesenvolvida pela Embrapa Informática Agropecuária, destinada ao acesso evisualização de perfis temporais dos índices vegetativos NDVI e EVI do sensor MODISem qualquer local da América do Sul. O SATVeg fornece ao usuário uma interfaceGoogle Maps para a localização das áreas de interesse e acompanhamento da sérietemporal

Aplicações: GEOGLAM

O Grupo GEO (Group on Earth Observation), uma parceria de governos e organizações internacionais,desenvolveu o GEOGLAM (Global Agricultural Monitoring) com o intuito de melhorar a informação agrícola.O objetivo do GEOGLAM é reforçar a capacidade da comunidade internacional para produzir e divulgarprevisões relevantes, oportunas e precisas de produção agrícola em escalas nacionais, regionais e globais,através do uso de Observação da Terra (EO), que incluem dados de satélites e de observações terrestres. Estainiciativa busca apoiar programas de monitoramento agrícolas e iniciativas existentes a nível nacional,regional e global para melhora-los e fortalecê-los, através de uma rede internacional de pesquisa ecompartilhamento de métodos e dados.

Monitoramento agrícola global

O objetivo do Crop Monitor é fornecer para a AMIS (Agricultral Market Information System) uma avaliaçãointernacional, transparente e multi-fonte das condições de desenvolvimento de culturas agrícolas, status econdições agro-climáticas que possam impactar na produção global. Esta atividade cobre quatro tipos deculturas primárias (trigo, milho, arroz e soja) nas principais regiões produtoras agrícolas dos países da AMIS.Estas avaliações estão sendo produzidas operacionalmente desde setembro de 2013 e são publicados noboletim do AMIS Market Monitor. Os relatórios fornecem mensalmente resumos das condições dessasculturas.

Fonte: http://geoglam-crop-monitor.org/

Aplicações: GEOGLAM

Fonte: http://geoglam-crop-monitor.org/

Moratória da Soja

A moratória é um acordo voluntário firmado entre governo, indústria e sociedade civil em2006, pelo qual as grandes empresas comercializadoras de soja (as chamadas “traders”) secomprometem a não comprar grãos que tenham sido produzidos em áreas de novosdesmatamentos na Amazônia. As plantações são monitoradas por meio de imagens desatélite, e a ideia, que vem funcionando bem é transformar a soja produzida às custas dodesmatamento em um produto sem valor de mercado.

Entre 2001 e 2006, 1 milhão de hectares de florestaamazônica foram convertidos em campos de soja. Nosanos seguintes, essas taxas foram significativamentereduzidas, a ponto de a soja hoje ser responsável porapenas 1% de todo o desmatamento que ocorre naAmazônia.

Fonte: Gibbs et al. 2015

Aplicações: Moratória da soja

Aplicação SR Agrícola: Mapeamento de áreas com pivô central de irrigação

Os pivôs foram identificados visualmente em imagens de satélite de média (OLI/Landsat-8) e alta(Google Earth Pro) resolução espacial, do ano de 2014. Foram obtidas preferencialmente imagens doperíodo seco de cada região do país. Dados secundários, tais como outorgas de direito de uso derecursos hídricos e estatísticas censitárias auxiliaram o mapeamento.

Fonte: ANA & Embrapa/CNPMS, 2016. "Levantamento da Agricultura Irrigada por Pivôs Centrais no Brasil - ano 2014". Disponível em: http://metadados.ana.gov.br/geonetwork/>

Aplicações: Mapeamento de pivôs


Pivôs centrais de irrigação (2013)

- 19,9 mil pivôs centrais

- Área total de 1,275 milhão de hectares

Casa Branca - SP


Pivôs centrais de irrigação (2014)



\\\\\

Área irrigada municipal – Pivôs (2014)

Os Estados de Minas Gerais, Goiás, Bahia eSão Paulo concentram cerca de 80% daárea ocupada por pivôs centrais no país.




Na divisão hidrográfica nacional, destacam-se maiores áreas ocupadas por pivôsnas regiões Tocantins-Araguaia e São Francisco e nas bacias dos rios Grande,Paranapanema e Paranaíba (ambas na região hidrográfica do Paraná).

Polos Nacionais – Pivôs (2014)



SR Agrícola Aplicado na Fiscalização do Crédito Rural

- Desde 2015, o Conselho Monetário Nacional (CMN)autorizou o uso de sensoriamento remoto para finsde fiscalização das operações de crédito rural.

16/12/2014 25/12/2014 01/01/2015 10/01/2015 17/01/2015 11/02/2015

- Todas as operações de crédito rural precisam ser monitoradas após a liberação do recursorequisitado

Objetivos da fiscalização do crédito rural:

1) Quantificação da área plantada

2) Identificação da cultura agrícola

3) Avaliação do desenvolvimento vegetativo

- No Brasil, o crédito rural é uma ferramenta importante para o desenvolvimento da agricultura, etem sido fundamental nos últimos quarenta anos para permitir o crescimento da economia nacional

Aplicações: fiscalização de financiamento agrícola

Livro lançado em 2017, pela Editora Oficina de

Textos

Ieda Del’Arco Sanches

([email protected])

Obrigado pela atenção!

([email protected])

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